Спроектировать щелевую пропарочную камеру производительностью 40000 м3/год

Министерство  Образования Российской Федерации

 

БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г.ШУХОВА

 

 

 

 

 

 

Кафедра энергетики теплотехнологии

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

« Теплотехника и теплотехническое оборудование технологии строительных изделий»

на тему:

«Спроектировать щелевую  пропарочную камеру производительностью 40000 м³/год»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ст. гр. ПСн-31

Лабузова М. В.

Принял: Губарева В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Белгород 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ	3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР	4
1.1 Установки периодического действия для термовлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий.	4
1.2 Ямные пропарочные  камеры	4
1.3 Камеры для  тепловой обработки изделий продуктами  сгорания природного газа	5
1.4 Кассетные установки	6
1.5 Автоклавные установки	7
1.6 Термоформы	9
1.7 Установки  ускоренного твердения непрерывного  действия	10
1.8 Горизонтальная щелевая камера	10
1.9 Полигональные  пропарочные камеры щелевого  типа	12
1.10 Многоярусные  камеры	13
1.11 Вертикальные  пропарочные камеры	13
Сравнительная характеристика	15
2. ПОДБОР СОСТАВА  БЕТОННОЙ СМЕСИ	17
3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ  ТЕПЛОВОЙ УСТАНОВКИ	19
3.1 Определение геометрических  размеров установки	19
3.2 Расчет производительности установки	19
4. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА  ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ГРЕЮЩЕЙ СРЕДОЙ  И ПРОГРЕВАЕМЫМ ИЗДЕЛИЕМ	20
5. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ  БЕТОНА ПРИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКЕ	21
6. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ  ТЕМПЕРАТУР В БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ  ИЗДЕЛИЯХ	23
7. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ	25
7.1 Материальный баланс	25
7.2 Тепловой баланс	26
7.2.1 Период подогрева	26
7.2.2 Период изотермической  выдержки	30
8. Расчет  диаметров паро- и конденсатопроводов	32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	33
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	34

 

ВВЕДЕНИЕ

Одно из основных требований, предъявляемых  к железобетону, является механическая прочность. Тепловая обработка позволяет  ускорить твердение бетонной смеси  и придать бетону необходимую  механическую прочность.

Для формирования структуры бетона особенно важным является влажностные условия твердения, поэтому во многих случаях отдают предпочтение тепло-влажностной обработке железобетонных изделий. Она является наиболее длительным, ответственным и энергоёмким процессом.

Тепло-влажностную обработку проводят до достижения бетоном прочности около 70% от марочной. Сущность её заключается в том, что при повышении температуры среды до 353–373 К скорость реакции гидратации увеличивается, т. е. процесс твердения изделия ускоряется, чем при обычной температуре, изделие приобретает механическую прочность, допускающую их транспортировку на строительную площадку и монтаж.

В заводской технологии применяют  ускоренные методы твердения –тепловую  обработку изделий при обязательном сохранении влажности изделий. Чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой 80–85 °С или выдерживание в среде насыщенного пара при 100 °С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исключить высыхание бетона и создать хорошие условия для гидратации цемента.

На заводах сборного железобетона применяют различные способы  тепловой обработки изделий: пропаривание при нормальном давлении, электропрогрев, контактный обогрев, обработку лучистой энергии, обогрев в газовоздушной среде и др.

Процесс тепловой обработки бетона обычно состоит из подъема температуры до максимально установленного уровня, выдерживания при нем и охлаждения изделия до температуры окружающей среды.

Установки для тепловлажностной обработки разделяют по следующим признакам:

По режиму работы –  на установки периодического и непрерывного действия. Установки периодического действия в свою очередь подразделяются на две группы: на работающие при атмосферном и избыточном давлении. Установки непрерывного действия могут работать только при атмосферном давлении. В качестве установок периодического   действия   применяют ямные камеры, кассеты, пакеты, термоформы и автоклавы. Установки непрерывного действия   изготовляют в виде горизонтальных и вертикальных   камер, в которых происходит непрерывное или импульсное передвижение подвергаемого обработке материала.

По виду используемого теплоносителя  различают установки, в которых  используют водяной пар при атмосферном и избыточном   давлениях;    паровоздушную смесь, горячую воду, электроэнергию, продукты горения топлива и высокотемпературные органические теплоносители (горячие масла, даутерм, дитолилметан и др.).

Кроме установок для тепловлажностной обработки в технологии сборного бетона и железобетона применяют установки для разогрева бетонной смеси и подогрева заполнителей.

1. Литературный обзор

 

1.1 Установки периодического действия  для термовлажностной обработки  бетонных и железобетонных изделий. 

Повышение производительности установок  достигается путем сокращения времени  загрузки и выгрузки изделий, подбора их наивыгоднейшей формы и состава бетонной смеси, увеличения коэффициента заполнения камер, интенсификации теплообмена. Повышение производительности установки одновременно ведет к сокращению удельных расходов тепловой энергии.

Интенсификация теплообмена  достигается путем организации  искусственной циркуляции паровоздушной  смеси, рационального расположения изделий,. При укладке изделий  в камерах рекомендуется располагать  их от пола на расстоянии не менее 150 мм, между изделиями обеспечивать расстояние, не менее 30 мм, а между крышкой и изделиями — не менее 50 мм.

К установкам периодического действия относят: камеры ямного типа, камеры для тепловой обработки изделий  продуктами сгорания природного газа, кассетные установки, автоклавные установки, термоформы.

 

1.2 Ямные пропарочные  камеры

Ямные камеры применяют большей  частью для теплообработки крупногабаритных изделий, пропариваемых в формах или поддонах со снятой бортоснасткой  и с опорой их на автоматически  выдвигаемые из пазух стен кронштейны.

Размеры камер в плане  устанавливают в зависимости  от размеров изделия с условием, чтобы на полу размещалось не более  двух крупногабаритных изделий с  расстоянием друг от друга и от стен 0,35-0,4 м с учетом размера форм. Высота камеры определяется числом уложенных по её высоте изделий в формах или на поддонах. Высота камер более 2-3 м не рекомендуется, так как это вызывает неравномерное распределение температур по высоте, а также требует устройства дренажа при близости грунтовых вод. Расстояние между нижним изделием и полом камеры принимается 100-300 мм, что уменьшает воздействие на изделие низкотемпературной среды на уровне пола. Пространство между верхним изделием и крышкой составляет 50-150 мм. Расстояние между изделиями по вертикали не менее 50 мм. Толщина стенок камеры от 200 до 450 мм.

Автоклавная обработка  бетонов паром под давлением 8-12 атм. и более позволяет в короткие сроки получать изделия с заданной прочностью, а также рационально  использовать в качестве вяжущего, помимо цементов, извести, шлаковые вяжущие. Применение такой обработки для крупногабаритных изделий долгое время ограничивалось отсутствием для них автоклавов надлежащих размеров.

Одним из перспективных  способов ускорения твердения бетона является предварительный электропрогрев бетонной смеси до укладки в формы. Такой бетон способен в короткие сроки достигать высоких показателей прочности в утепленных формах («термосное выдерживание»). Уже через 12 часов такой бетон достигает прочности, превышающей на 80-100% прочность бетона такого же возраста при обычном способе изготовления.

Камеры работают по определенному  циклу, в течение которого изделия  предварительно проходят все три  этапа тепловой обработки – разогрев, изотермический прогрев и охлаждение.

Пар поступает в камеру через закольцованную перфорированную трубу, расположенную у пола камеры по ее периметру. Поднимающийся пар смешивается с воздухом и образует паровоздушную смесь. При таком распределении пара трудно создать равномерное распределение температуры по всему объему. Создается перепад температуры по высоте (до 30-40°С). Наиболее высокая температура вверху, а наиболее низкая – внизу. Изделия, находящиеся в нижней части камеры, оказываются в менее благоприятных условиях.

Более совершенный тип  ямной камеры, представлен на рис. 1, отличающийся тем, что в ней имеется внизу, так называемая, обратная труба для отвода паровоздушной смеси или избытка насыщенного пара, а также тем, что кроме нижней разводки пара в ней предусмотрена верхняя разводка. Это позволяет производить пропарку не только в паровоздушной среде, но и в среде насыщенного пара без примеси воздуха. Для этой цели на начальной стадии тепловой обработки подают пар через нижнюю разводку. По достижении температуры 80-90 °С нижняя разводка отключается и пар подается через верхнюю разводку. Постепенно камера заполняется только паром, что позволяет достичь температуры в камере близкой к 100 °С. Создаются благоприятные условия твердения во всем объеме камеры.

 

 

Рис. 1 Пропарочная камера системы Семенова Л.А: 1- паропровод; 2 ,3 – нижние и верхние перфорированные трубы; 4 – обратная труба; 5 – гидравлический клапан; б – контрольный конденсатор; 7 – водопроводная труба; 8 – трубопровод подогретой воды; 9 – уплотнение

 

1.3 Камеры для  тепловой обработки изделий продуктами сгорания природного газа

Помимо самой камеры, в установку  для тепловой обработки изделий  продуктами сгорания природного газа входят несколько теплогенераторов, система рециркуляции, газоснабжения, вентиляции и автоматического регулирования.

Теплогенератор состоит из двух труб, расположенных горизонтально одна под другой и соединенных между собой двумя патрубками. Верхняя труба является камерой сгорания и футеруется изнутри шамотной массой. Один торец камеры сгорания закрыт футерованной крышкой, во фланец другого встроена инжекторная газовая горелка. Нижняя труба с одной стороны соединена газоходом с камерой тепловой обработки, с другой – через переходники с рециркуляционным вентилятором. Один патрубок переходника – инжектор, выполненный в виде колена, соединяющего нижнюю трубу с камерой сгорания. В другом патрубке установлена заслонка для изменения разряжения в камере сгорания. Рециркуляционный вентилятор всасывающим патрубком соединяется с туннельной камерой, забирает из нее воздух при работе установки и подает в нижнюю трубу теплогенератора.  Продукты сгорания смешиваются в топочной камере с рециркуляционным воздухом, при этом температура смеси может достичь 500ºС. Смесь поступает к инжектору, в котором смешивается с основным потоком воздуха, идущим от вентилятора.

Система рециркуляции состоит  из рециркуляционного вентилятора, теплогенератора с инжектором и  системы труб и патрубков, соединенных  между собой.

Система вентиляции состоит  из вытяжного отверстия, шибера, вентилятора  и дымовой трубы. За счет работы вентиляционной системы в тепловой установке должно обеспечиваться разряжение в пределах 5-15 Па.

Для тепловой обработки  железобетона продуктами сгорания природного газа в тепловых установках применяют  теплогенераторы ТОК-1 и ТОБ-2.

 

1.4 Кассетные установки

Конструктивно кассетная установка  состоит из неподвижной станины, разделительных стенок, опор и прижимных  домкратов. К разделительным стенкам  крепятся днища и борта форм, которые  в собранном состоянии (установка  сжата домкратами) образуют вертикальные формы, заполняемые арматурой и бетонной смесью. Торцевая неподвижная теплоизолированная стенка крепится к раме станины, а подвижные стенки и отсеки перемещаются на роликовых опорах. Передвижение стенок производится гидравлическими домкратами, а закрепление их - установочными клиньями в кронштейнах.

Наружные стенки кассеты  имеют теплоизоляцию, предназначенную  для предотвращения потерь тепла  от крайних вертикальных форм в окружающую среду. Для этого теплоизоляционные  рубашки заполнены минеральной  ватой. Задняя неподвижная стенка опирается на неподвижные упоры, положение которых регулируют и фиксируют гайками. Передняя подвижная стенка соединена с упорами и вместе с ними при помощи рычажной системы может передвигаться вперёд и назад. В собранном виде все разделительные стенки соединены замками в один блок и прижаты друг к другу. В таком положении в формы сверху устанавливают арматурный каркас, загружают бетонную смесь, уплотняют её вибраторами, прикреплёнными к торцевым поверхностям разделительных стенок и прогревают, подавая электроэнергию клеммами прямо к стенкам.

Тепловая обработка  изделий осуществляется путём пропускания  через тело бетона трехфазного электрического тока промышленной частоты. Электродами  служат разделительные стенки кассеты. Вместо паровых отсеков добавляют формовочные, что увеличивает емкость кассеты.

Электропроводность бетона объясняется наличием в нем влаги  с растворенными в ней оксидами минералов клинкера. По мере протекания реакций твердения бетона происходит уменьшение его влажности, что вызывает увеличение электрического сопротивления и соответственно уменьшение количества выделяемой в бетоне теплоты. Для поддержания требуемого температурного режима тепловлажностной обработки бетона производят регулирование подводимого к нему напряжения. С этой целью кассеты с электропрогревом снабжают многоступенчатыми трансформаторами с широким диапазоном регулирования напряжения.